張 猛,朱錦杰
(國家能源局大壩安全監(jiān)察中心,浙江杭州,310014)
桓仁水電站位于遼寧省桓仁縣境內渾江中游,距桓仁縣城北4 km,是一座以發(fā)電為主,兼有防洪等綜合利用的水利樞紐工程。壩址以上流域面積10 400 km2,設計洪水位308.70 m,校核洪水位310.80 m,正常蓄水位300.00 m,死水位290.00 m。工程為一等大(1)型工程,主要建筑物有攔河大壩、引水建筑物、發(fā)電廠房及變壓器洞等。
大壩為混凝土單支墩大頭壩,屬1級建筑物,壩頂高程312.50 m,壩頂長593.3 m,最大壩高78.5 m,共36個壩段,其中兩岸各有2個重力壩段,其余32個為單支墩大頭壩段。A號、B號、1~4號、8~12號、26~32號、C號、D號為一般擋水壩段,5~7號為引水發(fā)電壩段,13~24號為高孔溢流壩段,16~17號以及21~22號為底孔壩段,25號為泄洪中孔壩段。大壩布置見圖1。
工程于1958年8月開工,1962年停建,1965年復工,1967年7月下閘蓄水,1968年7月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電,1972年7月竣工驗收。
壩址區(qū)巖石為中生代侏羅-白堊紀火山碎屑巖層,由安山凝灰?guī)r和安山凝灰集塊巖成互層組成,巖層自上而下共分16層,傾向下游,傾角15°~20°。與壩體接觸的巖層為第9層、第10層和第11層巖石。第9層為灰綠色安山凝灰塊巖,巖石致密堅硬,塊狀構造;第10層為紫紅色安山凝灰?guī)r,厚度為0.6~6 m,比較軟弱;第11層為深灰色安山凝灰集塊巖,塊狀構造,致密堅硬,透水性較弱。第12層巖石為淺灰色安山凝灰集塊巖,滲透系數(shù)較大,為相對含水層。
壩基大部分建基于第11層巖石上,一般均挖到新鮮巖石,清理較好。該巖層在22~25號壩段基礎下較薄,其中在24號壩段下最?。ㄉ嫌蚊孀畋√巸H4 m);其下為透水性較強的第12巖層,設計時對壩基帷幕在第12巖層未封閉,加上下游F1斷層和沖刷坑的影響,承壓水由大壩上游第12巖層未封閉處進入,從24號壩段下游F1斷層切割處(距壩軸線約66.3m)出來,將對24號壩段連同第11巖層穩(wěn)定不利。
圖1 桓仁大壩布置圖Fig.1 Layout of Huanren dam
查閱設計資料可知,24號壩段基礎無深層滑動面。
在24號壩段布置了6個壩基地下水位孔,其中4 個(P23-24-0、P23-24-1、P23-24-3、P23-24-5)用于監(jiān)測第12巖層地下水位情況,2個(P23-24-2、P23-24-4)用于監(jiān)測第11巖層地下水位情況;另外還布置了1個揚壓力監(jiān)測孔(Y24)、1個壩頂水平垂直位移測點(JG24)、1個250廊道垂直位移測點(X250-24),監(jiān)測布置見圖2。
圖2 24號壩段監(jiān)測布置圖Fig.2 Distribution of monitoring points on the block 24
由圖3可見,23~24號壩腔部位觀測第12巖層地下水位與庫水位正相關。測孔P23-24-1、P23-24-3、P23-24-5自2000年以來水位呈緩慢增大趨勢,10年來水位增幅約為4.6 m,目前尚未完全穩(wěn)定;由于靠近帷幕的P23-24-0測孔附近有排水孔,水位自2000年以來逐漸下降,但由于2009年底在該孔左側0.26 m處鉆新水位孔P23-24-5,導致原水位孔水位突然升高約14 m,且之后與庫水位的相關性明顯增大。測孔P23-24-1、P23-24-3水位長年高出270廊道,最高水位已超過死水位290.00 m,將對上層的第11巖層產(chǎn)生較大的滲透壓力。
圖3 24號壩段12巖層地下水位過程線Fig.3 Graph of underground water beneath the 12th rock of block 24
圖4 24號壩段11巖層地下水位過程線Fig.4 Graph of underground water beneath the 11th rock of block 24
由圖4可見,第11巖層相對不透水,從地下水位過程線看,P23-24-4水位在2009年底突升約1 m,這與附近的測孔P23-24-2進行改造有關;2011年底又突升約1 m,可能受第12巖層滲透壓力影響;2012年水位變化平穩(wěn)。
由圖5可見,24號壩段壩頂水平位移及垂直位移、250廊道垂直位移變化規(guī)律與其他壩段變化規(guī)律一致。壩頂水平、垂直無明顯趨勢性變化,2000~2012年,24號壩段壩頂水平位移在-6.54~6.34 mm之間,壩頂垂直位移在-4.08~5.15 mm之間;250廊道垂直位移測值觀測誤差較大,測值跳躍較為明顯,規(guī)律性較差,但從2003年至今未見明顯時效變形。這表明第12巖層地下水尚未對24號壩段變形造成明顯影響。
圖5 23~25號壩段變形測值過程線(向下游、下沉為正)Fig.5 Graphs of monitored deformation of block 23,24 and 25(toward downstream and settlement is the positive direction)
由圖6可見,24號壩段壩基揚壓力測孔Y24水位僅在2009年底突然升高4 m左右(受壩基地下水位孔鉆孔所致),其他時段基本處于穩(wěn)定狀態(tài);壩基最大滲壓系數(shù)為0.15,未超過設計值0.2,因此壩基面抗滑穩(wěn)定仍滿足要求。該壩段無深層滑動面,因此不存在深層抗滑穩(wěn)定問題。
圖6 24號壩段揚壓水位過程線Fig.6 Graph of uplift pressure of block 24
24號壩段第12巖層實測地下水位偏高且部分測孔水位有增大趨勢,第11巖層水位在2011年底也有1 m的突升。經(jīng)分析,該壩段變形穩(wěn)定,壩基揚壓力無明顯趨勢性變化,壩基滲壓系數(shù)未超過設計值,且該壩段基礎無深層滑動面,因此24號壩段不存在穩(wěn)定問題,但應重點關注并加強24號壩段的滲流監(jiān)測,必要時采取工程措施。
[1]水利部東北勘測設計研究院.桓仁水電站大壩設計復核報告[R].1993.
[2]國家能源局大壩安全監(jiān)察中心.遼寧桓仁水電站大壩安全監(jiān)測資料分析報告[R].2013.
[3]桓仁發(fā)電廠.桓仁大壩第二輪定檢材料之二——桓仁大壩運行總結報告[R].2001.